Cadré par une toile de fond infinie d’espace sombre et sans vie, un bras robotique de la Station spatiale internationale en 2015 a monté une boîte de microbes exposés sur une main courante à 250 miles au-dessus de la Terre. Ces bactéries robustes n’avaient aucune protection contre un assaut d’ultraviolets, de rayons gamma et de rayons X cosmiques. De retour sur Terre, les scientifiques se sont demandés si les germes pouvaient survivre à ces conditions jusqu’à trois ans, la durée de l’expérience, et si c’était le cas, ce que les résultats pourraient dire aux chercheurs sur la capacité de la vie à voyager entre les planètes.
Les microbiologistes ont passé des décennies à étudier les extrêmophiles, des organismes qui endurent des conditions extrêmes, pour tirer les fils mystérieux de la façon dont la vie a fleuri sur Terre. Certains extrêmophiles peuvent vivre sans protection dans l’espace pendant plusieurs jours ; d’autres peuvent durer des années, mais seulement en se taillant une place à l’intérieur des roches. Ces découvertes étayent la théorie selon laquelle la vie telle que nous la connaissons peut être transférée d’une planète à l’autre par le biais de météorites ou de comètes. Aujourd’hui, de nouveaux résultats publiés dans Frontiers in Microbiology, basés sur cette expérience menée à bord de la Station spatiale internationale, montrent que la bactérie Deinococcus radiodurans peut survivre au moins trois ans dans l’espace. Akihiko Yamagishi, un microbiologiste de l’Université de pharmacie et des sciences de la vie de Tokyo qui a dirigé l’étude, affirme que les résultats suggèrent également que la vie microbienne pourrait voyager entre les planètes sans être protégée par la roche.
L’étude a eu lieu à l’extérieur du laboratoire japonais Kibo de la Station spatiale internationale. Mais bien avant que l’expérience de Yamagishi ne soit mise en orbite, l’Agence japonaise d’exploration spatiale, JAXA, voulait que son équipe la convainque à l’avance de sa réussite. Nous voulions dire : « Nous ne savons pas, nous n’avons qu’à essayer ». Mais cela n’est pas autorisé pour les expériences spatiales », explique Yamagishi. « Nous avons donc dû réfléchir à la façon de les persuader. »
Yamagishi et son équipe avaient envisagé plusieurs espèces de bactéries, et Deinococcus radiodurans s’est distingué comme exceptionnel. Entre 2010 et 2015, son équipe a mené des expériences pour tester D. radiodurans dans des conditions simulées de la Station spatiale internationale. Ils ont téléporté les insectes avec des niveaux élevés de rayonnement, ont fait chuter la pression jusqu’à un vide semblable à celui de l’espace, et ont fait osciller les températures à 140 degrés Fahrenheit en seulement 90 minutes. Ils ont constaté que les cellules étaient remarquablement résistantes à ce barrage de stress. « Nous avons montré notre volonté de survie en réalisant ces expériences au sol, et ils nous ont acceptés et crus », dit-il. L’équipe a obtenu l’approbation de la JAXA, et leur expérience astrobiologique était prête à être lancée avec une fusée SpaceX en avril 2015.
Un contretemps est survenu à l’expérience prévue avant le lancement. À l’origine,Yamagishi et l’équipe avaient prévu de faire réaliser les expériences par des astronautes, mais ils ont appris qu’ils n’avaient plus la possibilité de réaliser des expériences scientifiques « attachées » en dehors de la Station spatiale internationale. Heureusement, l’équipe a pu concevoir une expérience utilisant ce bras robotique.
Trois panneaux de bactéries sont montés avec la fusée SpaceX : un pour un an d’exposition, un autre pour deux ans, et un autre pour trois ans. Après que les astronautes aient préparé les panneaux, un bras robotique contrôlé depuis la Terre a saisi les panneaux et les a mis en place. Chaque panneau contenait deux petites plaques d’aluminium parsemées de 20 puits peu profonds pour des masses de bactéries de tailles différentes. Une plaque était orientée vers le bas, en direction de la Station spatiale internationale, l’autre vers le cosmos.
Chaque année, le bras robotique de Kibo démontait la plateforme contenant les panneaux, la ramenant à l’intérieur de l’ISS afin que les astronautes puissent envoyer des échantillons sur Terre pour analyse. Leurs résultats montrent que la bactérie Deinococcus a survécu à l’expérience de trois ans. Les cellules de la bactérie Deinococcus situées dans les couches extérieures des masses sont mortes, mais ces cellules extérieures mortes ont protégé celles qui se trouvaient à l’intérieur des dommages irréparables causés à l’ADN. Et lorsque les masses étaient suffisamment grandes – toujours plus fines qu’un millimètre – les cellules à l’intérieur ont survécu pendant plusieurs années.
« Cela m’a rappelé exactement la stratégie que les cyanobactéries utilisent dans les Andes », dit Nathalie Cabrol, une astrobiologiste non affiliée à l’étude qui dirige le Centre de recherche Carl Sagan de l’Institut de recherche d’intelligence extraterrestre (SETI). Nathalie Cabrol a étudié comment les cyanobactéries, l’une des formes de vie les plus anciennes de la Terre, supportent l’intense rayonnement solaire en s’organisant en couches où les cellules meurent à l’extérieur et survivent à l’intérieur. Elle s’est réjouie de ce que ces résultats peuvent nous apprendre sur les extrêmophiles sur Terre.
Au delà des couches protectrices de cellules dans les masses, les D. radiodurans, sont remarquablement résistants aux dommages causés par les radiations. Leurs gènes codent pour des protéines uniques qui réparent l’ADN. Alors que les cellules humaines portent environ deux copies d’ADN, et la plupart des cellules bactériennes une seule, les D. radiodurans contiennent jusqu’à 10 copies redondantes. En ayant plus de copies de gènes importants, les cellules peuvent produire plus de copies des protéines qui réparent l’ADN endommagé par les radiations. Ce mécanisme de défense inhérent, combiné à des couches extérieures de cellules protectrices, a permis aux microbes de rester en vie malgré des niveaux de rayonnement plus de 200 fois supérieurs à ceux de la Terre.
En utilisant leurs données sur la façon dont chaque année supplémentaire a affecté les cellules, l’équipe prédit que les masses de D. radiodurans en voyage pourraient survivre de deux à huit ans entre la Terre et Mars – et vice versa. « Il est donc possible de survivre pendant le transport », dit-il. « Cela nous dit que nous devons envisager l’origine de la vie non seulement sur Terre, mais aussi sur Mars. »
D. radiodurans n’est pas le seul organisme connu pour survivre dans l’espace. Des études précédentes ont montré que les tardigrades ne durent que 10 jours en exposition directe. Les scientifiques ont également testé des bactéries Bacillus et Deinococcus pour de longues périodes en orbite, mais seulement avec une protection contre les radiations toxiques.
» proposer que les spores de microbes puissent survivre à l’intérieur de la roche – c’est la lithopanspermie « , dit Yamagishi. La lithopanspermie est une variante de la théorie de la panspermie, qui suppose que la vie sur Terre pourrait être issue des microbes d’une autre planète. Mais M. Yamagishi affirme que ses résultats concernant les extrêmophiles qui ont résisté à une exposition directe pendant des années sans roche sont à l’origine d’un nouveau terme : la massapanspermie. Cette théorie suggère que les microbes pourraient avoir atterri sur Terre en amas, plutôt que dans des roches.
Cependant, d’autres experts hésitent à embrasser la massapanspermie.
« J’étais déjà un peu vendue sur l’idée que la vie pourrait avoir été transférée entre la Terre et Mars », dit Natalie Grefenstette, une astrobiologiste théorique à l’Institut Santa Fe non affiliée à ce travail. Les preuves de la lithopanspermie l’ont convaincue que le transfert de la vie est possible, mais elle voit une limite majeure à la massapanspermie : les masses cellulaires flottant librement devraient survivre à l’éjection d’une planète et à la rentrée sur une autre. « Ces exigences sont énormes », dit-elle. Elle soupçonne qu’un amas voyageur de cellules exposées se consumerait comme des météores avant d’atterrir.
Cabrol remet également en question la possibilité de la massapanspermie. « Montrer que les radioduriens peuvent survivre trois ans s’ils sont en couches est très loin des chiffres dont nous avons besoin pour que les radioduriens puissent faire le saut vers Mars. » Bien que des voyages de plusieurs années soient théoriquement possibles, les scientifiques estiment qu’il faut jusqu’à plusieurs millions d’années pour que la matière quitte une planète et atterrisse sur une autre dans le système solaire.
« La pertinence de cette étude est moins de prouver que la massapanspermie ou la panspermie sont possibles », dit Cabrol. « Mais pour moi, elle montre que nous devons être extrêmement prudents avec notre contamination lorsque nous allons sur Mars. »
De nombreux pays ont signé le traité de l’espace extra-atmosphérique, qui leur interdit d’apporter (et de répandre) des microbes sur d’autres planètes. Si un vaisseau spatial devait accidentellement déverser des microbes sur Mars, par exemple, alors cela corromprait les futures missions visant à trouver de la vie sur la planète. Les scientifiques ne sauraient pas avec une certitude absolue s’ils détectent des microbes martiens. La NASA s’est donné beaucoup de mal pour stériliser le rover Mars 2020, en le cuisant à des températures stériles et en essuyant chaque partie avec des vêtements stériles. Cette étude souligne à quel point il est étonnamment important de garder tout engin spatial entièrement exempt de microbes.
Yamagishi espère réaliser d’autres expériences d’exposition encore plus loin de la Terre, notamment sur la passerelle lunaire proposée par la NASA près de la Lune. Et pour faire avancer les questions sur les origines de la vie, son équipe développe un microscope pour rechercher la vie sous la surface de Mars.
« Dans des environnements où nous ne pensions pas que la vie pouvait survivre, nous savons maintenant qu’elle le peut », dit Grefenstette. « Cette étude le montre aussi – donc nous repoussons constamment cette barrière de ce que la vie sur Terre peut atteindre. »
.